宇宙を満たす波

さて。最近、こんな粒子が発見されましたね。

ヒッグス粒子　存在確実か　４日研究成果発表

量子物理学や相対性理論も含めた、宇宙物理学の世界では、物質の存在は、「○○という現象が起きるということは、△△という物質が存在するはずだ」という、まあまあいい加減（・・・というと物理学者の皆さんに怒られちゃいますね。）な発想から「予言」され、これを観測することによってその存在が証明される・・・っていうルートをたどるんだそうです。

日本人でノーベル賞を取った小林誠さんと益川 敏英さんが存在を予言したものにもそんな物質があるんだそうです。

小林さんと益川さんが行った予言は、「クォークは6つあるはずだ」という予言。
元々、マレー＝ゲルマン、という人によって「クォークモデル」っていうものが発表されて、彼によって、「ハドロン（強粒子）」が複数の「クォーク」で形作られていることが予言され、1960年代以降、その正しさは次々に証明されているんだそうですよ。

ただ、ゲルマン氏の理論ではクォークの数は３つだとされており、まあまあいい加減な発想、ということで、まともに相手にされなかったんだそうです。
二人の日本人が６種類のクォークの存在を予言したのが1973年。ところが、その翌年、サミュエル=ティンとバートン=リヒターという二人の人物、それぞれが所属するチームによって、ほぼ同時に4種類目のクォークが発見されたのだそうです。

このことで、二人の日本人の存在は急激に注目を浴びるようになったのだとか。

ちなみに、「ハドロン」っていうのは陽子や中性子など、原子より小さいんだけど、素粒子ではない物質・・・と呼ぶべきでしょうか。
っていうと、原子核も原始より小っちゃいじゃん、っていう話になりそうだけど、原子核はハドロンとハドロンが結びいた物質で、ハドロンじゃありません。

ハドロンは、「クォーク」という素粒子と、さらにクォークとクォークが離れてしまわないように糊付けを行っている、「グル―オン」という素粒子。この２つのカテゴリーで構成された物質のことを言うんだそうです。

・・・難しいですよね。

ちなみに、陽子と中性子はお互いに「パイ中間子」という物質をやり取りしながら、かなり強力な力で結びついています。グル―オンが仲介してクォーク同士を結び付けている力も、パイ中間子が仲介して陽子と中性子を結び付けている力も、共に「強い力」と呼ばれる、素粒子物理学の世界で最も強い力です。この「グル―オン」と「パイ中間子」は「強い力」を伝える粒子ということになります。

・・・やっぱり難しいですよね。


難しいついでに・・・。
陽子は、「アップクォーク」という素粒子が二つと、「ダウンクォーク」という素粒子が1つ、互いにグル―オンで協力に結び付けられて形成している粒子です。
一方、中性子は「アップクォーク」が一つと「ダウンクォーク」が２つ、やはり互いにグル―オンに結び付けられて存在します。

たとえば、放射性物質が核分裂を起こしたとき、時々「陽子」の数や「電子」の数に比べて「中性子」の数が多くなったりすることがあります。
陽子に比べると中性子とはものすごく不安定で、中性子は陽子に変わろうとします。

まるで卵を机の上に縦に立てると、すぐに転がって安定した状態になろうとするように。

中性子が中性子のまま、不安定な状態で存在するとき、中性子の中にある「ダウンクォーク」に向けて、中性子の周囲にある「電子ニュートリノ」という粒子から、「Ｗ粒子」という「弱い力」を伝える物質が発射されます。「Ｗ粒子」を放出した電子ニュートリノは、「電子」に変わって外に飛び出します。

ちなみにこのとき放出された「電子」のことを「ベータ線」って呼びます。ベータ線ってなんだかむちゃくちゃ恐ろしい物質みたいですけど、結局電子（もしくは陽電子）のことです。　ちなみに携帯電話からは電磁波が放出されまくってますから、携帯電話を保有している限り、人間は永続的に「ベータ線」を浴び続けていることになります。

反原発を訴えている人は携帯電話を自分自身や子供のところまで電波が届かない距離まで放り捨てて二度と手にするべきではないと思うのは私だけでしょうか。
もちろんパソコンも、テレビも電子レンジも、「電磁波」を放出するものは何一つ使うべきではないと思います。
電磁波とは＝β線のことではなく、光の波のこと。そこに蓄えられているエネルギーの量によって「ガンマ光子」になったり「赤外線光子」になったりする、と。
ですから、携帯電話やＴＶから放出されている電磁波は、いわゆる「放射能」とは別物でした。お詫びいたします。m(__)m


脱線しました。
Ｗ粒子を受け取ったダウンクォークはアップクォークとなり、中性子は陽子に変わります。この中性子が陽子に変わる現象を「β崩壊」というんだそうですよ。
たとえば「ウラン」がβ崩壊を起こすと中性子が陽子に変わって「ネプツニウム」に、「ネプツニウム」もまた不安定な元素らしいので、さらにβ崩壊を起こしてまた一つ思い元素記号の物質、「プルトニウム」へと変わるのだそうです。

さて。「電子ニュートリノ」から放出された「Ｗ粒子」。これ、なんと陽子の１００倍もの質量を持つのだそうです。
不思議ですねぇ。

「電子ニュートリノ」は限りなくゼロに近い質量しか持たない物質です。そんな物質が陽子の１００倍もの大きさの質量を持つ物質を放出するだなんて・・・

ちなみに、このβ崩壊を起こす力のことを「弱い力」と呼ぶのですが、この弱い力を伝える物質にはプラスの電荷を帯びたＷ粒子、「Ｗ^+」とマイナスの電荷を帯びたＷ粒子、「Ｗ^－」の２種類、そして電気的には中性であるＺ粒子があります。

この「弱い力」と「電磁力」を理論的に統合しよう、としたチャレンジした人たちがいます。ちなみにこの理論のことを「電弱理論」と呼ぶのだそうです。
そのうちの一人が「シェルドン・グラショー」という人物。

彼はこの弱い力と電磁力を理論的に統合しようとする中で、とある壁にぶち当たってしまいます。

電磁力を伝える物質は、「光子」。つまり光の粒子のことです。光子は質量がゼロですから、基本的に空間の制約を受けない限り、宇宙空間をどこまででも飛んでゆきます。つまり、「電磁力」の伝わる範囲は無限です。ただし、相対性理論により、その力は距離の２乗に反比例して弱くはなりますが。

一方、弱い力の働く距離は原子核の内部に働く核力、つまり「強い力」が働く距離よりも、さらに短い距離でしか働きません。それは、弱い力を伝えるＷ粒子やＺ粒子が重力や電磁力など、他の力の影響を受けやすい存在であること、つまりかなり大きな質量を持っていることを暗示しています。

ところが、グラショーの計算から導き出された結果は、非常に都合の悪いものでした。つまり、弱い力を伝える物質は、光子と同じく、「質量ゼロ」の物質であるということです。

そう。グラショーが電磁力と弱い力を統合しようとして導き出された計算結果は、予測されたものと全く異なる結果だったのです。


さて。では、このグラショーの計算。間違っていたのでしょうか。電磁力と弱い力は本来統合できるものではなく、全く別の計算式の下に成り立つ力だったのでしょうか。

実はそのどちらでもありません。グラショーの計算式は間違っておらず、電磁力と弱い力は、全く同じ計算式で表すことのできる力だったのです。
ではなぜ計算結果は事実と違っていたのか。


そんなロマンチックなお話を次回記事にて記してみたいと思います。




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